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Wenn man kleine Mengen an flüssigen Stickstoff einsetzen möchte z.B.
zum Kaltdehnen von Wellen im Maschinenbau, zum Testen von Bauteilen bei tiefen Temperaturen, zum Lagern von Proben, zu
medizinischen Anwendungen oder auch zum Cryokochen, dann stellen sich zunächst einige Fragen:
➢ Wo kann man flüssigen Stickstoff beziehen?
➢ Wieviel Stickstoff wird benötigt?
➢ Wie wird Stickstoff gelagert?
➢ Kann man Stickstoffbehälter mieten?
➢ Kann man den Stickstoff selbst abholen?
➢ Was kostet flüssiger Stickstoff?
➢ Wie kann man den Stickstoff entnehmen?
➢ Was muss man bei der Anwendung beachten?
Hiermit beantworten wir erste Fragen…
Was ist flüssiger Stickstoff ?
Tiefkalt verflüssigter Stickstoff -196 oC (LIN = liquid nitrogen) wird aus der Umgebungsluft gewonnen, mit sogenannten „Luftzerlegern“.
Unsere Luft, besteht aus ca. 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 1 % Sondergase und wird in die einzelnen Bestandteile zerlegt. Das geschieht mit einem recht aufwendigen Prozess dem
„Lindeverfahren“ (Verdichtung und Entspannung)
Durch diese Verflüssigung entstehen die tiefen Temperaturen von Stickstoff, Sauerstoff und den anderen Gasen.
Flüssiger Stickstoff wird anschließend in speziellen ortsbeweglichen oder ortsfesten Kryobehältern transportiert und gelagert.
Das sind verschließbare, Druckgasbehälter, wie auch offene, drucklose Dewargefäße.
Um flüssigen Stickstoff sicher anwenden zu können müssen die Eigenschaften dieser Gase beachtet werden.
Hierbei spielt es keine Rolle ob kleine Mengen z.B. zum Cryokochen verwendet werden oder größere Mengen, im Rahmen von Industrieprozessen.
Die physikalischen Wirkungen sind immer gleichermaßen zu beachten. Dazu aber mehr in unserer Schulung „Sicherheit“
Leider kann man flüssigen Stickstoff nicht unendlich lange aufbewahren, also lagern, wie man es z.B. vom gasförmigen Stickstoff, Sauerstoff oder Propan her kennt.
Der flüssige Stickstoff strebt, bei Atmosphärendruck mit einer Temperatur von etwa -196
oC, permanent einen Phasenwechsel von flüssig zu gasförmig an, indem er seiner Umgebung die Wärme entzieht und so wieder Gas entsteht.
Damit der flüssige Stickstoff möglichst lange gelagert werden kann, gilt es den Austausch von Wärme zu verhindern, indem der Lagerbehälter besonders isoliert. Das erreicht man dann meist mit einer Vakuumisolierung.
Ein vakuumisolierter Behälter besteht im
Aufbau aus einem Innen und einem
Außenbehälter. Dem Zwischenraum werden
also die Luftmolekühle entzogen,- er wird
vakuumiert.
Allerdings kann auch eine Vakuumisolierung nicht ganz verhindern das der Stickstoff Wärme aufnimmt und so den unerwünschten Phasenwechsel vollzieht. Je nach Qualität und Größe des Behälters, des Vakuums und den Einbaukomponenten, muss mit einem Verlust von 3-5% je 24 h gerechnet werden. Und das ist nicht nur aus ökonomischer Sicht, wie wir später sehen werden, zu beachten
Den flüssigen Stickstoff kann man bei kleinen Behältern und geringen Mengenbedarf durch Umschütten oder mit einem losen bzw. festen Heber entnehmen. Hier einige Beispiele:
Will man jedoch eine größere Menge Stickstoff nutzen und dazu entnehmen, braucht man auch einen größeren Behälter, der dann meist mit festem Heber -einem Steigrohr- ausgestattet ist.
Gas Flüssig
Klammer mit Dichtring
Wärme
Übersicht kleine Laborbehälter
Ist der Stickstoffbehälter verschlossen bildet sich im Kopfraum, durch den permanenten Phasenwechsel, ein Gaspolster. Wird der Kugelhahn geöffnet um flüssigen Stickstoff zu entnehmen, bewirkt der Druck im Kopfraum, das der flüssige Stickstoff über das Steigrohr, nach oben fließt. Je nach Druckpolster kann so eine gewisse Menge an flüssigem Stickstoff entnommen werden. Zwangsläufig baut sich dadurch der Druck im Kopfraum ab.
Um größere Mengen kontinuierlich entnehmen zu können muss der Druck durch weiteres kontrolliertes Verdampfen, mit einem sogenannten Druckaufbausystem zusätzlich erzeugt werden.
Damit kann dann schon mal eine erste und damit zu beachtende physikalische Eigenschaft angesprochen werden:
Aus einem Liter flüssigem Stickstoff entstehen ca. 700 l Gas.
Diese Umwandlungsrate ist dann auch wieder nicht nur ökonomisch zu beachten, sondern auch sicherheitstechnisch, denn ein unzulässiger Druckaufbau kann ein Gefäß, das nicht über eine entsprechende Sicherheitseinrichtung verfügt, um den Druck abzubauen, explosionsartig zum Bersten bringen.
Die Sicherheitseinrichtungen, bei geschlossenen Behältern, muss daher auch regelmäßig geprüft werden.
Es gilt aber auch die abgeführte Gasmenge, die bei der Lagerung der Behälter entsteht, zu beachten.
Je nach Menge muss der Lagerort Be und entlüftet sein, um so eine Sauerstoffreduzierung der Umgebung zu verhindern.
Zwar besteht unsere Atemluft zu 78 % aus Stickstoff, durch die zusätzliche Anreicherung mit weiterem Stickstoff, vermindert sich der Sauerstoffanteil jedoch prozentual, d.h. es entsteht ein Sauerstoffmangel in der Atemluft, der mit den menschlichen Sinnesorganen nicht feststellbar ist.
Personen, die sich dann in einer solchen sauerstoffarmen Atmosphäre (weniger als 17 Vol.-%02) aufhalten, können ohne Vorwarnung bewusstlos werden und ersticken. Dieses Risiko tritt im Freien, wenn eine Durchmischung durch Zirkulation entstehen kann, nur selten auf.
Räume in denen LIN-Kryobehältern gelagert werden oder in denen mit Stickstoff hantiert wird, müssen also immer ausreichend be- und entlüftet werden.
Eine technische Lüftung mit definierten Zu- und Abluftströmen ist dazu immer zu bevorzugen.
Die Abluftöffnung sollte im unteren Raumteil angeordnet werden, da der verdampfende kalte Stickstoff schwerer als Luft ist und sich deshalb vorrangig am Fußboden ausbreitet.
Gerne betrachten wir Ihre Läger oder den Arbeitsbereich und legen die notwendige Be- und Abluft aus.
Ebenso bieten wir Ihnen verschiedene Geräte zur Sauerstoffmessung mit entsprechenden Alarmsystemen.
Die Entscheidung für derartige Warneinrichtungen ist in Abhängigkeit von den Örtlichen und betrieblichen Gegebenheiten, anhand einer Gefährdungsbeurteilung zu treffen.
Hierzu bieten wir Ihnen auch gerne ein vollständiges Sicherheitskonzept incl. Installation der Lüftungsanlage, Sauerstoffüberwachung mit regelmäßiger Wartung an.
Wenn Sie dennoch flüssigen Stickstoff in geschlossenen Räumen lagern, in denen kein Luftaustausch durch eine Lüftungsanlage stattfindet, sollten Fenster ständig geöffnet sein und der Raum nur mit einem Sauerstoffhandmessgerät betreten werden.
Entsprechende Hinweise auf eine mögliche Sauerstoffreduzierung ist am Eingang anzubringen.
Entnahmevorrichtungen-Umfüllen
Entnommen wird der Stickstoff bei Druckbehältern über das Steigrohr und einen Schlauch.
Dieses Handling, also den Schlauch festhalten ggf. den zu füllenden Behälter und auch noch den Kugelhahn des Behälters bedienen, erfordert oft eine zweite Person oder ist sicherheitstechnisch betrachtet, grundsätzlich nicht unkritisch.
Abgesehen von der Tatsache das immer eine entsprechende Schutzausrüstung wie Handschuhe Gesichtschutz, enganliegende Kleidung, Sicherheitsschuhe oder sogar eine Cryoschürze genutzt werden sollte, bieten wir spezielle und individuell gefertigte automatische oder manuelle Abfüllanlagen.
Diese werden entweder mit einer festen Verrohrung und einem speziell auf ihre Situation abgestimmte Positionierung des Phasenseparators z. B. bei einer Tischabfüllung für die Gastronomie oder vollständig autark arbeitende Füllstandsysteme.
Hier einige Beispiele:
Übersicht stationärer Messsysteme
LogiCO2 O2 (Sauerstoff)-Sensor € 965,-
Mit einem energiesparenden FBO-Sauerstoffsensor ausgerüstet. Der Sensor kalibriert sich mittels eines Sensorprinzips selbst und hat eine Lebensdauer von über 5 Jahren. Relativ einfache eigene Installation möglich.
MSC2 (All in One-Gerät) für O2: 1141,- €
Vorteile: preiswert, einfache Installation (keine Verkabelung zum Sensor)
Nachteil: Gerät muss am Boden,- also im Gefahrenbereich zu installiert und bedient werden
Scenty 2 € 752,-
Kompakte Gaswarnzentrale für zwei Sensoren mit fünf Relais. Installation und Prüfung durch eine Fachfirma
Oxigonsensor 542,- € Sauerstoff-Transmitter zur Verwendung CO2-Transmitter zur an Scenty.
Installation, Sicherheitskonzept, Gefährdungsbeurteilung bieten wir Ihnen gerne separat nach Aufwand an Alle genannten Preise netto ab Werk
Lagerbehälter oder Transportbehälter
Diese Behälter können als Lager oder Transportbehälter ausgelegt werden.
Soll der Behälter unter Druck auf öffentlichen Straßen transportiert werden ist eine Baumusterzulassung als Transportbehälter mit regelmäßige TÜV Prüfung zu beachten.
Rollbar können diese Behälter bis 1000 l hergestellt werden.
Neben Druckaufbau oder Druck Regelfunktionen können differenzdruck oder digitale
Füllstandsanzeigen berücksichtigt werden. Ebenso die Druckstufen von 0,5-20 bar, wobei bei Flüssiganwendungen eine möglichst geringe Druckstufe sinnvoll ist.
Bei der Festlegung, welchen Behälter man verwenden sollte, ist neben der Entnahmemenge/Zeit, der technischen Ausstattung, auch der wöchentliche oder monatliche Bedarf betrachtet werden, um auch das richtige Versorgungskonzept für das regelmäßige Auffüllen zu finden
Arbeitsgefäße - offene Dewars
Meist werden diese Behälter für technische Kühlprozesse verwendet,- also, um z.B. Wellen im Maschinenbau zu unterkühlen.
Auch diese Behälter sind vakuumisoliert, können jedoch auch für spezielle Aufgaben, mit besonderen Abdeckungen oder Aufnahmen zum Transport Vakuum oder schaumisoliert gefertigt werden.
Transport und Handling
Behälter, die mit Stickstoff flüssig gefüllt sind, dürfen auf öffentlichen Straßen nur transportiert werden, wenn entweder der Heber entfernt und durch einen Stopfen ersetzt wurde oder die Behälter, als sogenannte Druckbehälter, vom TÜV für den Transport auf öffentlichen Straßen zugelassenen wurden.
So sind einige weitere Vorschriften zu beachten, die im Umgang mit diesen tiefkalten Gasen vorgegeben sind. Verantwortlich ist grundsätzlich der Betreiber. So ist auch der Transport von Stickstoff auf öffentlichen Wegen gem. ADR und Straßenverkehrsordnung geregelt. Diese besagt z.B. das Stickstoff nur in Fahrzeugen transportiert werden darf, wenn das Führerhaus vom Laderaum gasdicht getrennt ist. Dies ist bei Pkws nicht der Fall.
Auch Mengenbegrenzungen, Begleitpapiere, Ausbildung der Mitarbeiter und Kennzeichnung als Gefahrgut ist hiermit geregelt.
Ebenso ist der Umgang mit Stickstoff nur Personen gestattet, die über Gefahren im Umgang mit Stickstoff belehrt wurden. Wenn Sie also privat Stickstoff einsetzen möchten, werden wir Sie durch eine Kurzschulung belehren.
Handhabung, Umgang und Befüllung von flüssigem Stickstoff im Rahmen der betrieblichen Verwendung müssen grundsätzlich mit einer Gefährdungsbeurteilung bzw. Betriebsanweisung geregelt werden.
Mitarbeiter sind regelmäßig zu schulen.
